Astronomer udfører den hidtil største undersøgelse af højmasse dobbeltstjernesystemer

Ud over solostjerner som solen, universet indeholder binære systemer bestående af to massive stjerner, der interagerer med hinanden. I mange binære filer, de to stjerner er tæt nok til at udveksle stof og kan endda smelte sammen, producerer en enkelt højmassestjerne, der snurrer med stor hastighed.

Indtil nu, antallet af kendte højmasse binære filer har været meget lille, dybest set begrænset til dem, der er identificeret i vores galakse, Mælkevejen.

En international gruppe af astronomer ledet af forskere ved University of São Paulo's Institute of Astronomy, Geofysik og atmosfæriske videnskaber (IAG-USP) i Brasilien, har netop udvidet listen over ved at identificere og karakterisere 82 nye højmasse-binære filer placeret i Tarantula-tågen, også kendt som 30 Doradus, i den store magellanske sky. LMC er en satellitgalakse af Mælkevejen og er omkring 160, 000 lysår fra Jorden.

Resultaterne af undersøgelsen er beskrevet i en artikel publiceret i tidsskriftet Astronomi og astrofysik .

"Ved at identificere og karakterisere disse 82 højmasse binære filer, vi har mere end fordoblet antallet af disse objekter, og i en helt ny region med meget anderledes forhold end dem, der findes i Mælkevejen, " sagde Leonardo Andrade de Almeida, en postdoc ved IAG-USP og førsteforfatter af undersøgelsen.

I forskning overvåget af Augusto Damineli Neto, fuld professor ved IAG og medforfatter til artiklen, Almeida analyserede data opnået under VLT-FLAMES Tarantula Survey og Tarantula Massive Binary Monitoring observationskampagner udført af European Southern Observatory (ESO) fra 2011.

Brug af FLAMES/GIRAFFE, en spektrograf koblet til ESO's Very Large Telescope (VLT), som har fire 8m primære spejle og opererer i Chiles Atacama-ørken, observationskampagnerne indsamlede spektraldata for over 800 højmasseobjekter i regionen Tarantula-tågen, så navngivet, fordi dens glødende filamenter ligner edderkoppeben.

Fra disse i alt 800 observerede objekter, astronomerne, der arbejdede på de to undersøgelser, identificerede 100 kandidat binære af spektral type O (meget varm og massiv) i en prøve på 360 stjerner baseret på parametre såsom amplituden af ​​variationer i deres radiale hastighed (hastigheden af ​​bevægelse væk fra eller mod en observatør).

I de sidste to år, Almeida har samarbejdet med kolleger i andre lande om en analyse af disse 100 kandidat højmasse binære filer ved hjælp af FLAMES/GIRAFFE spektrografen og har formået at karakterisere 82 af dem fuldstændigt.

"Dette repræsenterer den største undersøgelse og spektroskopiske karakterisering af massive binære systemer, hver eneste udført, " sagde han. "Det var kun muligt takket være de teknologiske muligheder i FLAMES/GIRAFFE-spektrografen."

Det videnskabelige instrument udviklet af ESO kan opnå spektre for en række objekter samtidigt, og svagere objekter kan observeres, fordi spektrografen er koblet til VLT, som har store spejle og fanger mere lys, Almeida forklarede.

"Vi kan samle 136 spektre i en enkelt observation ved hjælp af FLAMES/GIRAFFE, " sagde han. "Intet lignende kunne gøres før. Vores instrumenter kunne kun observere individuelle objekter, og det tog meget længere tid at karakterisere dem."

Spektroskopisk analyse af de 82 binære dele viste, at egenskaber såsom masseforhold, kredsløbsperiode (den tid, det tager at fuldføre en bane) og kredsløbsexcentricitet (den mængde, hvormed kredsløbet afviger fra en perfekt cirkel) var meget lig dem, der blev observeret i Mælkevejen.

Dette var uventet, da LMC legemliggør en fase af universet før Mælkevejen, da det største antal højmassestjerner blev dannet. Af denne grund, dens metallicitet - andelen af ​​dens stof, der består af andre kemiske grundstoffer end primordial brint og helium - er kun halvdelen af ​​de binære elementer, der findes i Mælkevejen, hvis metallicitet er meget tæt på solens.

"I begyndelsen af ​​universet, stjerner var metalfattige, men kemisk evolution øgede deres metallicitet, " sagde Almeida.

Denne analyse af binære filer i LMC, han tilføjede, giver de første direkte begrænsninger på egenskaberne af massive binære i galakser, hvis stjerner blev dannet i det tidlige univers og har LMC's metallicitet.

"Opdagelserne gjort under undersøgelsen kan give bedre målinger til brug i mere realistiske simuleringer af, hvordan højmassestjerner udviklede sig i universets forskellige faser. Hvis ja, vi vil være i stand til at få mere præcise estimater af den hastighed, hvormed sorte huller, neutronstjerner og supernovaer blev dannet i hver fase, for eksempel, " han sagde.

Højmassestjerner er de vigtigste drivkræfter bag universets kemiske udvikling. Fordi de er mere massive, de producerer flere tungmetaller, udvikle sig hurtigere, og ende deres liv som supernovaer, udstøder alt deres stof i det interstellare medium. Dette stof genbruges for at danne en ny population af stjerner.

Imidlertid, Almeida fortsatte, estimater af universets kemiske udvikling og astrofysiske forudsigelser af antallet af sorte huller tager normalt højde for eneste stjerner som vores sol, som udvikler sig mere enkelt.

Ifølge ham, når du inkluderer binære filer i beregningen af ​​disse fremskrivninger, resultatet ændrer sig dramatisk. Så når man laver astrofysiske forudsigelser, det er vigtigt at overveje disse massive genstande.